Навіщо гелікоптеру спеціальна апаратура радіокерування?

Вибір апаратури

Вибір апаратури для радіокерованого вертольота в основному залежить:

• від цілей, які ви перед собою ставите, вирішивши зайнятися радіокерованими вертольотами
• від конструкції і можливостей моделі вертольота

Вся сучасна апаратура керування моделлю вертольота має ряд специфічних функцій, перелік яких приблизно однаковий. В першу чергу це:

• функція спільного керування кроком основного ротора і обертами двигуна (дроселем), яка зазвичай називається «функція кривих крок-газ»
• функція мікшування кроку хвостового ротора з керуванням дроселя, в оригіналі часто — Revo або ATS
• функція обмеження положення дроселя не нижче певного, в оригіналі Idle-up, що в дослівному перекладі — вище холостого ходу
• функція утримання дроселя в певному положенні — Hold

Гелікоптерна радіоапаратура всіх типів і марок відрізняється між собою в основному кількістю і формою реалізації зазначених функцій, а так само наявністю додаткових мікшерів. Тому всю апаратуру можна розділити на три класи:

1. Дешева (до 250$), як правило виконана за модульним принципом, без використання мікропроцесора і володіє мінімальною кількістю функцій, що дозволяють виконувати висіння і простий пілотаж.
2. Середня, дорожче на кілька сот доларів, що відповідає запитам більшості моделістів, виконана на базі мікропроцесорної техніки, що дозволяє виконувати простий і досить складний пілотаж.
3. Елітна (>1000$), що відповідає самим високим вимогам і дозволяє виконувати будь-який пілотаж і пристосовувати модель до різних погодних умов.

Основна мета використання додаткових гелікоптерних функцій полягає в забезпеченні безпечного та максимально спрощеного керування моделями гелікоптерів для всіх передбачуваних видів польотів. Теоретично управляти радіокерованим гелікоптером можна і без цих функцій, але практика показала, що такий шлях обходиться дуже дорого (і за витратами часу на освоєння, на ремонт і відновлення моделі). Зазвичай, всі можливі типи польотів вертольота, в яких істотно змінюється характер поведінки моделі, ділять на чотири типи:

1. Висіння і нормальний політ.
2. Політ з виконанням «бочки», бойового розвороту, «мертвої петлі» і т. п. маневрів з тангажу і креном більше 90 (у вітчизняній термінології — вищий пілотаж).
3. Інверсний пілотаж, тобто політ «догори дригом» (в зарубіжній термінології — 3D).
4. Авторотація.

Основна відмінність таких польотів полягає в різних діапазонах змін загального кроку основного гвинта. Так, наприклад, для висіння спільний крок досить змінювати в межах 0... + 5, для нормального польоту і вищого пілотажу — від -3 до 10, для 3D пілотажу від -10 до +10, для авторотації від -4 до +14. Слід зазначити, що ці цифри усереднені, залежать від характеристик моделі і уточнюються дослідним шляхом.

Деякі запитають, а можна відразу встановити один діапазон від -10 до +14? В принципі можна, але керувати таким гелікоптером практично неможливо. Крім того, для забезпечення необхідної керованості, для всіх режимів потрібна підтримка оптимальних обертів несучого ротора (1500-1800 обертів за хвилину). А якщо врахувати необхідність утримання певного курсу моделі, при неминучих змінах крутного моменту, то стає зрозумілим, що без автоматичних функцій апаратури не обійтися.

Функції кривих кроку і газу

Основне правило поєднаного керування кроком і газом радіокерованого вертольота полягає в підтримці постійних обертів основного гвинта в межах 1400-1800 обертів за хвилину. Для нормального польоту і вищого пілотажу криву кроку приймають у вигляді прямої лінії з координатами від -3 при нижньому положенні ручки керування до +10 при верхньому положенні ручки.

Залежно від можливостей апаратури, цю криву вводять у вигляді координат трьох, п'яти і більше точок, в залежності від положення ручки керування. Крива газу для висіння і нормального польоту, як правило являє собою пряму лінію або ламану.

Координати цієї кривої підбираються дослідним шляхом так, щоб оберти несучого гвинта в будь-якому положенні ручки керування не перевищували вищезгаданий діапазон, а модель починала відрив в середньому положенні ручки при кроці 4-5. Для полегшення підбору цього режиму в деякій апаратурі є спеціальна функція і ручки тримірування кривих кроку і газу при висінні.

Для виконання заходу на посадку в звичайному горизонтальному польоті, не кажучи про виконання вищого пілотажу, виникає необхідність зменшення загального кроку несучого гвинта до значних негативних значень, при досить великих обертах несучого гвинта. Якщо в цьому режимі ми будемо використовувати криву, то оберти двигуна при негативних значеннях різко знизяться, що призведе до втрати керування.

Особливість існуючої схеми керування циклічним кроком моделей гелікоптерів, полягає в тому, що чутливість керування і стійкість по крену і тангажу прямо пропорційна числу обертів несучого гвинта моделі. Для цієї мети вводиться додаткова функція утримання дроселя вище холостого ходу (Idle-up).

Тепер, при відхиленні ручки крок-газ повністю на себе, оберти двигуна практично не знижуються і гелікоптер може виробляти, наприклад, різкий спадний маневр без втрати керування (при заході на посадку і т. п.). Для забезпечення більш різкого маневру, на деяких моделях, дросель не тільки утримується на 40%, але і збільшується до 50-60% при відхиленні ручці повністю на себе.

Іншими словами крива дроселя змінює свій вигляд за допомогою функції Idle-up, яка по суті являє собою регулятор, що обмежує нижнє переміщення дроселя при одночасному управлінні кроком без обмежень.

Для виконання 3D польоту, коли крок змінюється в межах від -10 до +10, крива дроселя повинна мати V-подібний характер. Мета такої кривої — в підтримці необхідних обертів несучого гвинта і виконанні східних і висхідних маневрів перевернутого польоту.

Для активізації такої кривої дроселя знову ж використовують функцію Idle-up, яка від попередньої зазвичай відрізняється номером (Idle-up-2). Точність установки таких кривих залежать від можливостей апаратури. На режимі авторотації, дросель взагалі виводитися на стійкий холостий хід і практично не бере участі в управлінні моделлю.

Слід зазначити, що чутливість вертикального керування при включенні Idle -up-2 дуже висока, і перехід на такий вид польотів можливий тільки після повного оволодіння попередніми видами польотів.

Таким чином, функції кривих крок-газ і утримання дроселя вище холостого ходу тісно пов'язані один з одним і в залежності від класу апаратури можуть відрізнятися тільки кількістю і способом завдання. У найпростішій апаратурі радіокерування зазвичай є одна функція Idle-up, у другого класу апаратури таких функцій буває до двох, а у вищого класу — понад три.

Це означає, що при наявності однієї функції Idle-up ви можете виконувати висіння і горизонтальний політ, при двох — можна додати вищий і 3D пілотаж, при трьох — додатково можна виділити, наприклад, перевернутий політ.

Функції мікшування кроку хвостового гвинта з дроселем

В англійській транскрипції ця функція часто позначається як REVO або ATS (Anti Torque Compensation), що можна перевести, як «компенсація моменту обертання». Ця функція автоматично додає або зменшує крок хвостового гвинта при збільшенні або зменшенні «газу» для компенсації рискання, викликаного змінами крутного моменту.

Конкретний вид цієї залежності визначається напрямом обертання основного гвинта, конструктивними особливостями моделі і регулюється дослідним шляхом. За відправну точку регулювання цієї функції є режим висіння, який зазвичай досягають при середньому положенні ручки керування «крок-газ».

У найпростішій апаратурі ця функція має однакове значення величини компенсації при русі ручки від себе і до себе від її середнього положення. У дорожчій апаратурі радіокерування величина компенсації «вгору» і «вниз» регулюється окремо. А в самій просунутій — можна додатково змінювати точку відліку, тобто становище ручки, при якій гелікоптер висить. Це актуально при виконанні 3D пілотажу або польотів, коли гелікоптер висить в положенні ручки 3/4.

Якщо ви плануєте освоїти всі види польотів, то в цьому випадку слід врахувати, що при використанні функцій Idle-up необхідно змінювати і вид функції ATS. А ця можливість є тільки у апаратури середнього та вищого класу.

Слід зазначити, що величина автоматичного додаваємого кроку хвостового гвинта при переміщеннях ручки крок-газ максимальна на режимі висіння, при виконанні горизонтальних польотів величину компенсації рискання зменшують через підвищення стійкості моделі (позначається хвостове оперення) і ефективності рульового гвинта (гвинт працює при косому охолодженні).

Функція утримання дроселя

У зарубіжній літературі ця функція називається Hold. Вона призначена для виконання польоту в режимі авторотації. По суті це окремий тип польоту, коли двигун виводитися на холостий хід, а діапазон зміни загального кроку несучого гвинта встановлюють в межах від -4 до +14 і хвостового гвинта в 0o, якщо останній не відключається від трансмісії.

Політ на авторотації, тільки на перший погляд, може здатися «примхами багатих». Якщо врахувати, що у радіокерованого вертольота, на відміну від літака, двигун не тільки переміщує модель, але й утримує її в повітрі, то ймовірність мимовільного переходу на такий режим дуже висока.

Відносно велике негативне значення загального кроку необхідно для здійснення керованого заходу вертольота з зупиненим двигуном в потрібну точку посадки і підтримки досить високих обертів гвинта, які забезпечать безпечне приземлення в режимі «підриву», коли за кілька метрів від землі різко збільшують крок несучого гвинта до 12-14.

Універсальні функції

Крім вище перерахованих функцій, необхідних тільки для моделей гелікоптерів, сучасна апаратура радіокерування має велику кількість інших функцій, які використовуються і на моделях літаків та планерів. Немає необхідності докладно розглядати особливості цих функцій, тому що, як правило, моделісти, які вирішили зайнятися гелікоптером, з ними добре знайомі.

Слід зазначити, що для моделей гелікоптерів ці функції дуже полегшують пілотування в різних типах польотів і прискорюють режим регулювання. Наприклад, при висінні досить переміщення апарату перекосу в межах від 1/2 до 1/3 від повного ходу. Більший хід апарату перекосу просто збільшує чутливість керування по тангажу і крену, що може привести до втрати стійкості моделі в цьому режимі у недосвідченого пілота.

При інших типах польотів, в той же час, вже необхідно повне переміщення апарату перекосу. Тому в каналі керування тангажем і креном використовують функції експоненти і подвоєння ходу рульових машинок. Особливо це корисно починаючим моделістам, які можуть за допомогою змінних параметрів цих функцій отримати дуже стійку модель в режимі висіння. Функція установки величини переміщення рульових машинок прискорює процес узгодження ходу рульових машинок з ходом органів керування, наприклад, дроселя карбюратора.

Корисно для моделей гелікоптерів застосування додаткових програмованих мікшерів, які на апаратурі середнього і вищого класу буває більше двох. Мета застосування цих мікшерів полягає в підвищенні стійкості обертів двигуна, отже в підвищенні стійкості моделі. Наприклад, при збільшенні і зменшенні кроку хвостового гвинта, змінюється навантаження на двигун і, отже, його оберти. Тому для компенсації зміни обертів двигуна мікшують керування хвостовим гвинтом і газом.

Другий випадок, при управлінні тангажем і креном, апарат перекосу змінює навантаження на двигун, отже і оберти несучого гвинта. Особливо це помітно позначається в режимі висіння, при роботі ручками тангажу і крену гелікоптер весь час трохи «просаджується». Для зменшення цього впливу мікшують канали керування циклічним кроком і дроселем двигуна.

В апаратурі високого класу можна зустріти додаткову функцію реверсування, яка застосовується для полегшення пілотування вертольота в перевернутому положенні. Особливість цього режиму польотів в тому, що в перевернутому положенні, на відміну від нормального положення, гелікоптер реагує на вплив ручок керування крок-газ, тангажу і рискання в протилежному напрямку (канал керування креном не змінює напрямок). Іншими словами, при переміщеннях ручки крок газ на себе, гелікоптер почне підніматися, а від себе — знижуватися. При активізації же цієї функції, за допомогою одного тумблера, цього не відбувається і гелікоптером можна керувати звичайним способом.

У висновку необхідно відзначити, що для підвищення стійкості і керованості вертольота, крім спеціальних функцій використовують додаткові пристрої. Це гіроскопи і стабілізатори обертів двигуна. Реалізацію всіх можливостей цих пристроїв забезпечує тільки комп'ютерна апаратура середнього та елітного класу.

Автор: Володимир Ковальчук